交通運(yùn)輸職稱范文坑支墩結(jié)構(gòu)側(cè)向變形限值探討

　　摘要：目前我國已建成或在建地鐵工程車輛段檢修庫一般設(shè)置成混凝土支墩式檢查坑，而支墩結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度目前尚無規(guī)范對其進(jìn)行規(guī)定和要求。本文通過對框架和剪力墻變形分析，對比分析了混凝土支墩變形特點(diǎn)，提出了混凝土支墩剛度及變形限值建議。

　　關(guān)鍵詞：地鐵車輛段,支墩結(jié)構(gòu),側(cè)向剛度

　　0.引言

　　目前我國已建成或在建地鐵工程車輛段運(yùn)用庫一般按每股道2列位盡端式布置車輛停放和周、月檢，為了車輛技術(shù)檢查作業(yè)方便，我們習(xí)慣性設(shè)置成全柱式檢查坑。本文工程由于受到限界限制，柱支墩截面采用200x300mm鋼筋混凝土柱，橫向設(shè)300x200mm鋼筋混凝土梁，從而形成門式支撐。檢查坑內(nèi)凈距1100mm，外尺寸1500mm。按0.913m及1.826m布置柱位。局部設(shè)置2400mm短軌枕。一般坑深1.4m(如下圖示)。

　　1.混凝土支墩結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度目前尚無規(guī)范對其進(jìn)行規(guī)定和要求

　　民用建筑結(jié)構(gòu)中對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的側(cè)向剛度有明確規(guī)定，如：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)中3.7.3條(抗震設(shè)計(jì)規(guī)范也有相同的要求)。

　　規(guī)范規(guī)定此限值目的是在側(cè)向力作用下，防止填充墻和混凝土構(gòu)件開裂破壞。這條規(guī)定針對的對象是結(jié)構(gòu)整體，而非構(gòu)件，車輛段檢查坑內(nèi)支墩混凝土柱套用這條規(guī)定，可能會存在問題，本文為此進(jìn)行初步分析與探討。下圖為高規(guī)對結(jié)構(gòu)變形規(guī)定限值：

　　2.對于框架結(jié)構(gòu)，在側(cè)向力作用情況下，框架梁柱的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形，框架剪力墻變形介于上述兩者之間。

　　3.分析混凝土獨(dú)立柱在兩種簡圖模式下的效應(yīng)：

　　由于車輛及檢修要求限制，假設(shè)混凝土支墩截面尺寸200x300mm

　　對混凝土獨(dú)立柱進(jìn)行受力分析，兩種簡圖模式下柱頂?shù)膫?cè)向位移為10mm。

　　從計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)考慮混凝土的脆性，在混凝土構(gòu)件變形過大時(shí)，結(jié)果的差別非常大，彎矩及柱底剪力會相差一倍。說明在變形過大時(shí)，實(shí)際上混凝土構(gòu)件已經(jīng)損傷了，剛度降低，內(nèi)力也會產(chǎn)生變化。這一現(xiàn)象在2010版建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有明確要求，明確在混凝土構(gòu)件變形過大時(shí)，要考慮截面剛度的折減。

　　混凝土獨(dú)立柱轉(zhuǎn)角-彎矩曲線(考慮混凝土脆性在橫坐標(biāo)0.00025之前，兩條曲線的斜率相同，說明此時(shí)混凝土柱截面處于彈性階段，在0.00025之后，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，斜率降低，說明混凝土柱出現(xiàn)脆性，剛度降低。

　　當(dāng)柱頂位移都在10mm時(shí)，簡圖1的轉(zhuǎn)角可以達(dá)到0.002，而簡圖2的轉(zhuǎn)角僅達(dá)到0.001，說明剪切變形混凝土柱的變形性能要比彎曲變形更大。

　　左側(cè)圖的裂縫主要集中在柱底左側(cè)和柱頂右側(cè)區(qū)域，由于柱身存在反彎點(diǎn)，在柱端處彎矩的變化率大，因此裂縫主要集中在柱端，并且裂縫開展的也比較大。

　　右側(cè)圖彎矩變化率沿整個(gè)柱身變化很小，因此裂縫沿柱受拉區(qū)分布開展的比較均勻，呈水平狀微小裂縫。

　　4.側(cè)向位移限值的探討：

　　該地鐵運(yùn)用庫混凝土支墩結(jié)構(gòu)的受力情況，比較接近于簡圖2，雖然柱頂處存在F型導(dǎo)軌的連接，但F型導(dǎo)軌的抗彎剛度過于弱，近似不考慮它的有利作用。

　　對支墩側(cè)向位移的限制，有三種看法：

　　①如果將混凝土立柱視為豎向的懸臂構(gòu)件，可以采用懸臂梁的梁端撓度限值來限制柱頂?shù)膫?cè)向位移。但混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范對懸臂構(gòu)件的要求是采用撓度和裂縫進(jìn)行“雙控”，這樣一般能夠保證截面高度和受拉區(qū)鋼筋的配置不會過少。如果僅采用撓度一項(xiàng)限值來控制，會產(chǎn)生問題。

　　將混凝土支墩視作懸臂構(gòu)件也存在兩點(diǎn)疑慮，支墩配筋形式主要還是按照柱配筋構(gòu)造進(jìn)行配置，而非按照梁的配筋構(gòu)造;當(dāng)出現(xiàn)制動情況時(shí)，列車自重是作用在支墩上的，所以支墩其實(shí)是壓彎構(gòu)件而非純彎構(gòu)件。

　　②將混凝土支墩視為結(jié)構(gòu)中的立柱，套用前面層間位移角的限值來限制支墩的側(cè)向位移。混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范對結(jié)構(gòu)立柱主要是提出了層間位移角的控制，這個(gè)控制限值要比懸臂梁的控制限值嚴(yán)格，即“單控”。目的是通過加大控制限值省去其他額外計(jì)算來簡化并確保柱的截面和配筋量不至于過少。

　　通過前面的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，簡圖1是多次超靜定結(jié)構(gòu)，而簡圖2是靜定結(jié)構(gòu)，簡圖1的塑性發(fā)展區(qū)域主要集中在柱端，而且又是超靜定結(jié)構(gòu)，其變形能力要強(qiáng)于簡圖2，后者的塑性發(fā)展區(qū)域分布的比較廣。所以規(guī)范對于框架結(jié)構(gòu)的層間位移角要求是比剪力墻結(jié)構(gòu)的要求適當(dāng)放寬的。

　　從上面分析來類比，混凝土支墩的柱頂側(cè)向位移限值是應(yīng)該滿足簡圖2的層間位移角要求即1/1000，這個(gè)限值可能過于嚴(yán)格，經(jīng)本文分析認(rèn)為至少要滿足1/550，盡量能達(dá)到1/800為宜。

　　③由于有地鐵列車荷載，我們還對比分析了鐵路橋涵基本設(shè)計(jì)規(guī)范墩頂?shù)膫?cè)移限值。鐵路橋涵針對的是大尺度橋墩進(jìn)行規(guī)定，對于小尺度支墩而言并不合適，故未按鐵路橋涵基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算。

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